一、軸流泵
(一)軸流泵的工作原理及基本構(gòu)造
軸流泵的工作是以空氣動(dòng)力學(xué)中的升力理論為基礎(chǔ)的。當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵體中的液體質(zhì)點(diǎn)就會(huì)受到來自葉輪的軸向升力的作用，使水流沿軸向方向流動(dòng)。
軸流泵外型很像一根水管，泵殼直徑與吸水口直徑差不多。軸流泵按泵軸的工作位置可以分為立軸、橫軸和斜軸三種結(jié)構(gòu)形式。由于立軸泵占地面積小，軸承磨損均勻，葉輪淹沒在水中，啟動(dòng)無需灌水，還可以采用分座式支承方式并且能將電機(jī)安置在較高位置上，以防被水淹沒，因此大多數(shù)軸流泵都采用立式結(jié)構(gòu)。圖2-9(a)所示為立式半調(diào)(節(jié))式軸流泵的外形圖，圖l—20(b)所示為該泵的結(jié)構(gòu)圖，其基本部件由吸人管1，葉輪(包括葉片2，輪轂體3)，導(dǎo)葉4，泵軸8，出水彎管7，上下軸承5、9，填料盒l(wèi)2以及葉片角度的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。
1．吸入管
吸人管的作用就是改善入Vl處水力條件，使來流穩(wěn)定、均勻地流至葉輪進(jìn)口。一般采用符合流線型的喇叭管或做成流道形式。
2．葉輪
軸流泵葉輪按其調(diào)節(jié)的可能性，可以分為固定式、半調(diào)式和全調(diào)式3種。固定式軸流泵的葉片和輪轂體是一體的，葉片的安裝角度是不能調(diào)節(jié)的。半調(diào)式軸流泵的葉片是用螺母栓緊在輪轂體上，在葉片的根部上刻有基準(zhǔn)線，而在輪轂體上刻有幾個(gè)相應(yīng)的安裝角度的位置
線，-4°、-2°、0°、+2°、+4°等。在使用過程中，可以根據(jù)流量和揚(yáng)程的變化需要，調(diào)整葉片的安裝角度，確保水泵在高效區(qū)工作。但調(diào)節(jié)葉片安裝角度，只能在停機(jī)的情況下完成。全調(diào)式軸流泵可以根據(jù)不同的揚(yáng)程與流量要求，在停機(jī)或不停機(jī)的情況下，通過一套油壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變?nèi)~片的安裝角度，從而來改變其性能，以滿足使用要求，這種全調(diào)式軸流泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，一般應(yīng)用于大型軸流泵站。
3．導(dǎo)葉
在軸流泵中，液體流經(jīng)葉輪時(shí)，除有軸向運(yùn)動(dòng)以外，還隨葉輪有一個(gè)旋動(dòng)，液體流出葉輪后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而這種旋動(dòng)是我們不需要的。導(dǎo)葉的作用就是把葉輪中向上流出的水流旋動(dòng)變?yōu)檩S向運(yùn)動(dòng)，把旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能變?yōu)閴毫δ埽瑥亩岣吡吮玫男?。?dǎo)葉是固定在泵殼上不動(dòng)的，水流經(jīng)過導(dǎo)葉時(shí)就消除了旋動(dòng)。一般軸流泵中有6～12片導(dǎo)葉。
4．軸和軸承
泵軸是用來傳遞扭矩的。在大型軸流泵中，為了在輪轂體內(nèi)布置調(diào)節(jié)、操作機(jī)構(gòu)，泵軸常做成空心軸，里面安置調(diào)節(jié)操作油管。軸承在軸流泵中按其功能有兩種。
(1)導(dǎo)軸承 主要是用來承受徑向力，起到徑向定位作用。
(2)推力軸承其主要作用是在立式軸流泵中，用來承受水流作用在葉片上的方向向下的軸向推力，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量以及維持轉(zhuǎn)子的軸向位置，并將這些推力傳到機(jī)組的基礎(chǔ)上去。
5．密封裝置
軸流泵出水彎管的軸孔處需要設(shè)置密封裝置，目前，一般仍常用壓蓋填料型的密封裝置。
6．出水彎管
出水彎管作為軸流泵的一個(gè)過流部件起到了改變流向的作用，彎管角度一般為60°或75°。
(二)軸流泵的性能特點(diǎn)
軸流泵與離心泵相比，具有下列性能特點(diǎn)。
(1)揚(yáng)程隨流量的減小而劇烈增大，Q～H曲線陡降，并有轉(zhuǎn)折點(diǎn)。其主要原因是，流量較小時(shí)，在葉輪葉片的進(jìn)口和出口處產(chǎn)生回流，水流多次重復(fù)得到能量，類似于多級(jí)加壓狀態(tài)，所以揚(yáng)程急劇增大。又回流使水流阻力損失增加，從而造成軸功率增大的現(xiàn)象，一般空轉(zhuǎn)揚(yáng)程Ho約為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)揚(yáng)程的l1．5～2倍。
(2)Q～N曲線也是陡降曲線，當(dāng)Q～N(出水閘閥關(guān)閉時(shí))，其軸功率大。因此，軸流泵應(yīng)“開閘啟動(dòng)”。
(3)Q～H曲線呈駝峰形，高效率工作的范圍很小。因此，軸流泵不宜采用閘閥調(diào)節(jié)流量，避免水泵在高效區(qū)外運(yùn)行。軸流泵一般采用變角調(diào)節(jié)來改變流量，也就是通過改變?nèi)~片裝置角p來改變其性能曲線。大型全調(diào)式軸流泵為了減小水泵的啟動(dòng)功率，通常在啟動(dòng)前先關(guān)小葉片的p角，待啟動(dòng)后再逐漸增大p角，這樣，就充分發(fā)揮了全調(diào)式軸流泵的特點(diǎn)。
(4)軸流泵的吸水性能較差，安裝高度一般為負(fù)值。設(shè)計(jì)時(shí)安裝高度時(shí)，須認(rèn)真考慮軸流泵的進(jìn)水條件(包括吸水口淹沒深度、吸水流道的形狀等)，運(yùn)行中實(shí)際工況點(diǎn)與該泵設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的偏離程度，葉輪葉片形狀的制造質(zhì)量和水泵安裝質(zhì)量等，避免在運(yùn)行中軸流泵內(nèi)部產(chǎn)生汽蝕。
(5)軸流泵的比轉(zhuǎn)數(shù)比較高，一般用在大流量、低揚(yáng)程的場(chǎng)合，如大型鋼廠、火力發(fā)電廠、熱電站的循環(huán)水泵站，城市雨水防洪泵站、大型污水泵站以及像長(zhǎng)距離輸水工程中的一些大型提升泵站等。軸流泵的揚(yáng)程一般僅為4～1 5m左右。
二、混流泵
混流泵是介于離心泵與軸流泵之間的一種泵，泵體中的液體質(zhì)點(diǎn)所受的力既有離心力，又有軸向升力，葉輪出水的水流方向是斜向的。根據(jù)其壓水室的不同，通?？煞譃槲仛な胶蛯?dǎo)葉式兩種，其中蝸殼式應(yīng)用比較廣泛。從外形上看，蝸殼式混流泵與單吸式離心泵相似，如圖2—12所示；導(dǎo)葉式混流泵與立式軸流泵相似，如圖2-13所示。這兩種混流泵的部件無多大區(qū)別，所不同的僅是葉輪的形狀和泵體的支承方式?；炝鞅眠m用于工廠、礦山、城市給水排水以及農(nóng)田灌溉等。潛水泵主要是由電機(jī)、水泵和揚(yáng)水管三個(gè)部分組成的，電機(jī)與水泵連在一起，完全浸沒在水中工作。圖2—14所示為QWB型立式潛水污水泵的結(jié)構(gòu)示意圖。吸入口位于泵的底部，排出口為水平設(shè)置。選用立式潛水電動(dòng)機(jī)與泵體直聯(lián)，過負(fù)荷保護(hù)裝置和浸水保護(hù)裝置保證了運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。
潛水泵按其用途分有給水泵和排污泵。潛水排污泵按其葉輪的形式分有離心式、軸流式和混流式。近些年潛水泵在工礦及城市給水排水工程中應(yīng)用越來越廣泛。
潛水泵的主要優(yōu)點(diǎn)是：
(1)電機(jī)與水泵合為一體，不用長(zhǎng)的傳動(dòng)軸，重量輕；
(2)電動(dòng)機(jī)與水泵均潛入水中，不需修建地面泵房；
(3)由于電動(dòng)機(jī)一般是用水來潤(rùn)滑和冷卻的，所以維護(hù)費(fèi)用小。
由于潛水泵長(zhǎng)期在水下運(yùn)行，因此對(duì)電機(jī)的密封要求非常嚴(yán)格，如果密封質(zhì)量不好，或者使用管理不好，會(huì)因漏水而燒壞電機(jī)。
潛水電動(dòng)機(jī)較一般電動(dòng)機(jī)有特殊要求，通常有干式、半干式、濕式、充油式及氣墊密封式電動(dòng)機(jī)等幾種類型。
干式電機(jī)除對(duì)繞組絕緣加強(qiáng)防潮外，與一般電機(jī)無區(qū)別。由于干式潛水電機(jī)不允許所輸送液體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔，故在電機(jī)的軸伸端需要采取良好的密封措施。通常采用機(jī)械密封裝置。但由于這種密封裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工工藝要求高，若水中含有泥沙，則密封構(gòu)件很容易被磨損，使密封失效，故抽送不含泥沙的清水，采用機(jī)械密封效果較好。
半干式電動(dòng)機(jī)是僅將電動(dòng)機(jī)的定子密封，而讓轉(zhuǎn)子在水中旋轉(zhuǎn)。
濕式電動(dòng)機(jī)是在電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)腔充以清水或蒸餾水，轉(zhuǎn)子在清水中轉(zhuǎn)動(dòng)，定子是用聚乙烯、尼龍等防水絕緣導(dǎo)線繞制而成。為解決電機(jī)繞組及水潤(rùn)滑軸承的冷卻問題，電機(jī)內(nèi)腔充滿清水。因而，這種泵的軸封僅起防止泥沙進(jìn)入電機(jī)的作用，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于制造和維修。但是，這種泵對(duì)電機(jī)定子所用的絕緣導(dǎo)線和水潤(rùn)滑軸承材料要求較高，還要考慮部件的防銹蝕問題。
充油式電動(dòng)機(jī)就是在電動(dòng)機(jī)內(nèi)充滿絕緣油(如變壓器油)，防止水和潮氣進(jìn)入電機(jī)繞組，并起絕緣、冷卻、潤(rùn)滑和防止水及潮氣侵入電機(jī)內(nèi)腔的作用。同時(shí)，在電機(jī)軸伸端仍需設(shè)置機(jī)械密封，以阻止水和泥沙進(jìn)入以及油的泄漏。電機(jī)定子線圈用加強(qiáng)絕緣的耐油、耐水漆包線繞制。這種泵的電機(jī)轉(zhuǎn)子因在黏滯性較大的油中轉(zhuǎn)動(dòng)，造成較大的功率損耗，導(dǎo)致效率有所下降，一般約下降3％～5％。
氣墊密封式潛污泵的電機(jī)與干式潛水電機(jī)一樣。但在電機(jī)下端有一個(gè)氣封室，并由幾個(gè)孔道與外界相通。泵潛入吸水池后，氣封室內(nèi)的空氣在外界液體壓力的作用下形成氣墊，達(dá)到阻止液體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔的目的。由于這種泵只適用于潛水深度較小且穩(wěn)定的場(chǎng)合。這種密封方式存在因空氣的溶解而使水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔的危險(xiǎn)，故使用得很少。
很多型號(hào)的潛水泵都設(shè)有自動(dòng)耦合裝置，在泵出口端設(shè)有滾輪，在導(dǎo)軌內(nèi)上下滾動(dòng)，耦合裝置保證泵的出水口與固定在基礎(chǔ)上的出水彎管自動(dòng)耦合和脫接，泵的檢修工作可在池外進(jìn)行。豎向?qū)к壪露斯潭ㄓ趶澒苤ё?，上端與污水池頂梁或墻(出口彎管側(cè))內(nèi)預(yù)埋鋼板焊接固定。軸承與潛水電動(dòng)機(jī)共用。軸封采用機(jī)械密封，傳動(dòng)與潛水電動(dòng)機(jī)同軸，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。圖2—15所示為QWB型泵的外形及安裝示意。
潛水給水泵常用的型號(hào)為QXG，其流量范圍為200～400m3／h，揚(yáng)程范圍為6．5～60mHz 0，功率范圍為11～150kW。
潛水軸流泵和混流泵常用的型號(hào)為ZQB型和HQB型，出水口直徑為350～1400mm。單機(jī)流量可超過20×104m3／d。潛污泵的流量范圍為3～1000m3／h，揚(yáng)程為7～40m，功率為0.25～30kW。其中QWB型潛污泵是使用較多的一種，它適用于輸送40。C以下的工礦企業(yè)排放的工業(yè)廢水、生活污水、糞便或含有纖維、紙屑等非磨蝕性固體的液體。液體的pH值在5～9范圍內(nèi)，固體顆粒直徑小于20mm。被廣泛地應(yīng)用于礦山建設(shè)、市政工程以及醫(yī)院、賓館、飯店污水雜物的排放，也可用作采油、水處理及農(nóng)田灌溉等。
深井泵是用來從深井中提取地下水的設(shè)備，供以地下水為水源的城市、工礦企業(yè)及農(nóng)田灌溉之用。常用的深井泵有JC型和QJ型。QJ型深井泵實(shí)際上是一種立式單吸分段式多級(jí)離心水泵。其組成包括三部分：(1)包括濾網(wǎng)在內(nèi)泵的工作部分；(2)包括泵座和傳動(dòng)軸在內(nèi)的揚(yáng)水管部分；(3)帶電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)裝置部分等。
葉輪1可以有2～36個(gè)固定于同一根豎直的傳動(dòng)軸上。泵殼由上導(dǎo)流殼、中導(dǎo)流殼與下導(dǎo)流殼三部分組成。葉輪位于中導(dǎo)流殼內(nèi)，下導(dǎo)流殼用來連接中殼與吸水管，把水流導(dǎo)向葉輪。上導(dǎo)流殼用來連接中殼與揚(yáng)水管，并把葉輪甩出的水引入揚(yáng)水管中。吸水管下端連有濾水網(wǎng)，用來防止砂石及其他雜物進(jìn)入水泵。水泵運(yùn)行時(shí)，水從濾網(wǎng)經(jīng)下導(dǎo)流殼流道進(jìn)入葉輪，以逐級(jí)增加壓力，后通向揚(yáng)水管至泵底座彎管排出。工作部分在井內(nèi)至少要讓2～3個(gè)葉輪浸入動(dòng)水位以下，而濾水網(wǎng)一方面至少要比低動(dòng)水位低0.5～1.0m，另一方面要離開井底不小于2m距離。
傳動(dòng)軸通過揚(yáng)水管中心并由橡膠軸承l(wèi)0支承。整個(gè)泵軸系由許多單個(gè)短軸，采用聯(lián)軸器將它聯(lián)為一整體。所謂短軸就是一定標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的單節(jié)，其節(jié)數(shù)根據(jù)井的深度來決定，傳動(dòng)軸一般用螺紋聯(lián)軸節(jié)連接。傳動(dòng)裝置由立式電機(jī)和電機(jī)座所組成，泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分和軸向力全部由電機(jī)止推軸承來承受。從傳動(dòng)裝置頂端向下看泵，泵為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
深井泵適用于輸送常溫、無腐蝕性的清水，水中不允許含有任何油類，含砂量應(yīng)小于0.01％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、水質(zhì)為中性(pH值為6.5-8.5)。
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